自蔓延法制备与热压烧结ZrB2陶瓷的优化研究

本研究论文探讨了ZrB2陶瓷的制备方法，特别是通过自蔓延高温合成（Self-propagating High-Temperature Synthesis, SHS）和热压烧结（Hotpressing, HP）技术来实现。研究的焦点集中在两个体系：Zr-B2O3-Mg和ZrO2-B4C-C，分别考察了反应原料的粒度、配比以及烧结温度对其产物性能的影响。 在Zr-B2O3-Mg体系中，实验发现50微米（50μm）粒度的Zr粉末与Mg过量15%（摩尔分数）的比例提供了最理想的SHS反应条件。这种条件下，生成的SHS产物粒径范围为2-5微米，经过酸洗处理后的产物粒径缩小至0.5-2.0微米，而最终烧结体粒径在2-10微米之间。酸洗产物的组成主要为94.59%的ZrB2、3.87%的ZrO2以及1.54%的H3BO3（质量分数）。烧结后的ZrB2陶瓷为单相，相对密度高达95.4%，显示出优异的致密性和稳定性。 在ZrO2-B4C-C体系中，最优反应条件是B4C过量15%和C过量10%（摩尔分数）。通过这些条件，烧结体的相对密度达到94%。烧结体的组成结果显示，95.44%为ZrB2，3.87%为ZrO2，0.32%为B4C，0.37%为C（质量分数），表明该体系具有良好的相平衡。 这项研究不仅提供了关于ZrB2陶瓷制备工艺的关键参数，还揭示了如何通过精细调控反应条件以优化陶瓷的微观结构和性能。这对于理解和改进ZrB2陶瓷的工业化生产具有重要意义，因为它可能被用于各种高耐热和耐磨应用领域，如高温陶瓷材料、核工业和航天科技等。X射线衍射和化学分析的结果验证了所得产品的纯度和结构特性，而SEM和TEM的微观观察则为深入理解其微观结构提供了直观证据。通过阿基米德排水法测量的相对密度，进一步验证了材料的致密度和实用性。 这篇论文展示了在制备ZrB2陶瓷时，通过SHS和HP技术如何实现高效且可控的过程，为高性能陶瓷材料的设计和制造提供了一种有效的方法。